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LOQ 4017 OPERAES UNITRIAS
EXPERIMENTAL II
UNIVERSIDADE DE SO PAULO
ENGENHARIA QUMICA
Profa. Lvia Chaguri
E-mail: lchaguri@usp.br
FILTRAO
1 Semestre de 2015
Filtrao: separao de partculas slidas de um fluido pela
passagem desse fluido em um meio filtrante ou parede separadora,
no qual os slidos so depositados (McCabe, 2007).
Filtraes industriais: simples ou complexas.
Fluido: lquido ou gs.
Filtrado: lquido, slido ou ambos.
Desenvolvimento de diversos tipos de filtros: variedade de materiais
a serem filtrados. Diferentes condies de operao dos processos.
Introduo
Mecanismos de Filtrao
Introduo
Filtro de torta Filtro clarificador
Filtro de fluxo transversal
Mecanismos de Filtrao
Introduo
Fora motriz: diferena de presso.
Classificao dos filtros pela fora motriz:
- Filtros que operam com P superior a atmosfrica ao fora
gravitacional (bomba) ou centrfuga.
- Filtros que operam com P atmosfrica.
- Filtros que operam vcuo mais utilizados na indstria.
Introduo
Os filtros podem funcionar:
por ao da gravidade, o lquido flui devido a existncia
de uma coluna hidrosttica;
por ao de fora centrfuga;
por meio da aplicao de presso ou vcuo para
aumentar a taxa de fluxo.
Mecanismos de Filtrao
Introduo
Filtros de torta: separam grandes quantidades de slidos em forma
de torta ou lodos.
Dispositivos para lavagem da torta.
Filtros clarificadores: separam pequenas quantidades de slidos
para produzir gs limpo ou lquido transparente (bebidas).
Filtros de fluxo transversal: a suspenso da alimentao flui sobre
presso com velocidade alta atravessando o meio filtrante.
Forma camada fina de slidos na superfcie do meio. Parte do
lquido passa pelo meio como filtrado. Suspenso mais concentrada.
Separao e concentrao de partculas coloidais.
Filtro de torta
No incio da filtrao algumas partculas slidas entram nos poros
do meio filtrante e ficam imobilizadas.
Depsito de partculas slidas sobre a superfcie do meio filtrante.
Formao da torta de slidos: realiza a filtrao e no o meio
filtrante.
Torta: aumento da espessura: necessrio retirar periodicamente.
Filtros de torta: separaes slido-lquido.
Podem operar com presso maior que a atmosfrica e a vcuo.
Operam fluxo contnuo ou batelada.
Maioria batelada: dificuldade de descarregar slidos contra uma
presso positiva.
Filtro de torta
Filtrado
Alimentao
Meio poroso
Torta
Ele separa as partculas em uma fase slida
(torta) e permite o escoamento de um fluido claro
(filtrado).
Filtro de presso descontnuos
Filtro Prensa
- Utilizam uma elevada presso diferencial atravs do meio
filtrante para conseguir filtrao rpida, econmica com lquidos
viscosos ou slidos finos.
- Conjunto de placas desenhadas para proporcionar uma srie de
cmaras ou compartimentos para coletar os slidos.
- Placas so cobertas pelo meio filtrante lona.
- Suspenso introduzida em cada compartimento sobre presso.
- O lquido atravessa a lona e sai por um tubo de descarga.
- Torta fica retida entre as placas com slidos midos.
Filtro de presso descontnuos
Filtro Prensa
- Placas podem ser quadradas, circulares, verticais ou horizontais.
- Filtro formado por placas e quadros
- Placas quadradas so alternadas com os quadros abertos.
- Placas e os quadros esto acopladas por parafusos ou prensa
hidrulica.
- Suspenso entra por um extremo do conjunto de placas e quadros,
passa por uma esquina at o canal longitudinal que percorre o
equipamento.
- Slidos so depositados nos lados cobertos da tela das placas.
- Lquido passa pelas telas, desce pela placa e sai do filtro prensa.
Filtro de presso descontnuos
Filtro PrensaDescarga do
filtrado
Placa
fixa Placa
de
polipropileno
Placa
mvel Painel de
controle
Cilindro
hidrulico
Alimentao
da suspenso
Freio do
cilindro
Filtro Prensa - Operao Acomoda-se as placas e quadros: montagem da prensa.
Alimentao da suspenso por meio de uma bomba ou tanque
pressurizado (3 a 10 atm).
Filtrao da suspenso at que no saia mais lquido na descarga ou a
presso de filtrao aumente subitamente: quadros cheios de slidos.
Entrada do lquido de limpeza para extrair impurezas solveis dos
slidos.
Insuflao da torta com vapor ou ar para deslocar todo lquido residual.
Abertura da prensa: retirada da torta do meio filtrante.
Torta: cai em uma esteira transportadora de slidos para um depsito de
armazenamento.
Filtro Prensa - Operao
https://www.youtube.com/watch?v=3egFDlWXH-w
https://www.youtube.com/watch?v=3egFDlWXH-w
Filtro Prensa - Operao
Industrialmente: operao automatizada.
Limpeza da torta pode durar vrias horas: lquido vai por
caminhos mais fceis, evita partes com empacotamento da
torta.
Filtro de tecido
TortaMarco
Placa
Alimentao
Filtrado
Filtro-Prensa
Carga
SecagemSecagem
Ciclo de lavagem
Descarga
Vlvula automtica
Formao da tortaSuspenso
Filtros contnuos a vcuo- Lquido puxado por um meio filtrante em movimento
- Meio filtrante: depsito de torta
- Torta separada da zona de filtrao, lavada, seca por aspirao e
volta ao meio filtrante para reiniciar outra filtrao.
- Sada de lquidos e slidos de forma contnua.
- Presso diferencial do meio filtrante no elevada (250 500
mmHg).
- Tipos de filtro: tambor rotatrio e tambor rotatrio a presso.
Filtro de tambor a vcuo, rotativo e contnuo.
Filtrao centrfuga- Slidos que formam uma torta porosa podem ser separados dos
lquidos em uma centrfuga filtrante.
- Suspenso alimentada em uma cesta rotatria com parede
perfurada recoberta com meio filtrante (lona ou tela metlica).
- Presso resultante da ao centrfuga obriga o lquido passar pelo
meio filtrante, ficando os slidos retidos.
- Quando no alimentada e a centrifugao continua, a torta de
slidos fica livre da maior parte do lquido residual.
- Torta mais seca comparada ao filtro prensa e vcuo.
- Tipos de centrfugas de filtrao: mquinas suspensas que operam
de forma descontnua, mquinas automticas de ciclo curto e
centrfugas contnuas transportadoras.
Filtrao centrfuga- mquinas suspensas que operam de forma descontnua,
Filtrao centrfuga- Centrfuga automtica descontnua
Filtrao centrfuga- Centrfuga transportadora contnua
Meios filtrantes
1. Reter os slidos a serem filtrados: filtrado claro.
2. No obstruir-se.
3. Ser qumica e fisicamente resistentes.
4. Permitir que a torta formada se desprenda de forma completa e
limpa.
5. No ser excessivamente caro.
Meio filtrante:
Industrial: tela de lona
Lquidos corrosivos: tela de l, de ao inoxidvel, vidro ou papel.
Fibras sintticas: nilon, propileno e polister elevada
resistncia qumica.
Fundamentos da filtrao filtro prensa
Um ciclo completo de operao em um filtro prensa compreende
trs etapas:
1. a filtrao no tempo t,
2. a lavagem da torta no tempo tL (ocasionalmente desnecessria)
3. descarga, limpeza e montagem do filtro no tempo tD.
A produo ou capacidade do filtrado, C, expressa por:
DL ttt
VC
V = Volume do filtrado
t+ tL + tD = tempo do ciclo completo
Fundamentos da filtrao
FILTRAO COM TORTAS INCOMPRESSVEIS
A resistncia oferecida pela torta, como apresentado, depende da
sua compressibilidade. Todavia, na maioria das situaes de
interesse industrial a filtrao conduzida sob queda de presso
constante.
Por via de consequncia, a Equao p = p p1 (para sistemas
com tortas compressveis) retomada como:
Fundamentos da filtrao
FILTRAO COM TORTAS COMPRESSVEIS
= Resistncia especfica da torta (bolo).
Se independente de P a torta incompressvel. Mas usualmente
aumenta com P, pois a torta geralmente compressvel.
Assim:
Torta de filtrao compressvel e incompressvel
SP)(0
Sendo:
0 - Resistncia especfica da torta em presso nula; uma constante;
S Fator de compressibilidade da torta, constante em domnios
moderados de presso;
Quando s = 0, tortas incompressveis.
Para s entre 0 e 1, tortas compressveis.
ExerccioFiltraes a presso constante foram realizadas para uma suspenso de
CaCO3 em H2O sendo obtidos os resultados apresentados na tabela. A
superfcie total de filtrao foi 440 cm2, a massa de slidos por volume
de filtrado foi de 23,5 g/L e a temperatura foi de 25 C (H2O=0,886x10-
3kg/m s). Calcule os valores de e Rm em funo da diferena de
presso e elabore uma correlao emprica entre e P.
